机械制造技术基础教学情境设计(大学物理《机械波的产生和传播》教学设计)

1、教材分析

本节《机械波的产生和传播》是在《简谐运动》的基础上讲述波的基本知识。波是一种比较重要而普遍的运动形式，是后续电磁波、光波的基础。学好这一节的内容对后续课程，如波的描述、波的图象、波的各种特性至关重要，起着承上启下的作用。波是一种比较抽象的运动形式，是大学物理教学中的难点之一，本节教材对学生的理解能力、空间想象能力和逻辑推理能力及联系实际能力都有较高的要求，因为它需要学生能想象出多个质点同时又不同步的运动从整体上形成波的情景。

教学重点：

(1)机械波波动时各个质点的运动规律；

(2)质点间的带动作用造成的各质点的重复性和滞后性。

教学难点：

(1)波传播的过程中，各个质点只是发生振动，没有向传播方向迁移；

(2)根据质点间的带动作用，判断某时刻质点的振动方向。

2、教学目标：

1、知识目标：

(1)知道产生机械波的条件，理解波的产生和传播过程；

(2)理解机械波传播的实质是振动形式，能量和信息；

(3)知道横波和纵波以及产生这两种波的条件，能分清波峰和波谷，知道稀疏和稠密区域；

2、能力目标：

(1)根据对机械波模型的分析判断，提高分析推理能力。

(2)通过波动模型的建立方程，提高学生的想象能力，锻炼学生的抽象思维。

3、情感目标：

(1)在学习波的产生和传播的过程中，体会个体与整体的关系，明白无论在学习还是生活上个人都要服从集体，提倡集体主义，反对个人主义，培养学生团结合作的精神；

(2)通过观察波的传播过程，体验大自然各种波动的美感，感受世间万物的美好，让学生学会从审美的角度看世界。

三、教学方法设计：

本节课采用观直观演示法和实验观察法。在教学中通过播放动画，视频以及演示实验、老师与学生动手实验等过程创设和教学过程相符的情景，并提出相关的问题。要求学生通过观察总结得出结论并能回答相关问题以达到教学的目标要求。在教学过程中提出问题，让学生进行探究式学习，充分体现以学生为主体的现代教学理念。

四、教学过程设计：

1、创设情景，引入课题：

首先让学生观看三个视频（国旗飘扬、水波荡漾、彩带舞），让学生观看后对波有个初步印象。然后提出一个问题："以上运动属于什么运动？"从而引入本节课的内容"波动"。随后讲述与日常生活中息息相关的波动现象，并引入本节课要完成的教学内容：1、"机械波是如何产生的？"2、"机械波在传播过程中有哪些规律和特点？"3、"机械波可以分为哪几类？"

2、新课教学

（1）问题"机械波是如何产生的？"

直观动画演示：让学生观看实现制作好的动画。（动画内容为小朋友把石头扔进平静的水面，此时平静的湖面展开了水波纹，但是落在水面的树叶并没有随着水波传播的方向运动，而只是在原地上下振动）提出问题：通过观察动画，你发现了什么？（发现水波的传播并非水在向前流动，而是水的振动状态在弹性介质中传播），进而说明产生机械波的条件。产生机械波需要满足两个条件：一个波源（振动源）；二是能够传播机械振动的弹性介质。

（2）问题："机械波在传播过程中有哪些规律和特点？"

实验演示：让学生上台和老师一起演示绳波实验，通过实验首先验证机械波产生的条件：振源和介质（振源是引起振动的装置，此处即手在不停抖动绳端，弹性介质为绳子）；随后，引导学生把绳子分成一个个小的质点，各个质点间存在有相互的作用力。用ppt展示当振动一个全周期时，绳波的传播过程。并提出下列问题：

I．每一个质点刚开始振动的方向是否相同？（相同）

II．每一个质点振动的先后顺序有什么规律？（振动依次滞后）

III．在波传播的过程中，质点是否"随波逐流？"（否，质点只是在各自的平衡位置附近做往复运动）

IV．在波动过程中，往外传播的是什么？（振动状态／相位）

V．波动方向与质点的振动方向有何关系？（垂直）

VI．波源完成一次全振动，波传播的距离在波形上如何体现？（刚好传播了一个完整的波形，即凹凸相间的波形）

以上问题由教师提问，学生逐一回答解决。（体现了学生为主的问题探究式现代教学理念），若不能回答，则继续观看直到掌握为止。总结各个质点的运动规律。（介质中每一个质点都在振动，它们同频率、同振幅，但不同步调。"先"振动的质点"带动""后振动"的质点，"后"振动的质点"跟着""先"振动的质点。）（学生为主的问题探究式的现代教学理念在此充分体现）随后，为了更生动形象地表明了波的传播只是振动状态／相位的传播，观看视频"波浪舞"。同时表明：只有个体服从整体的时候，才能得到和谐美，所以引导学生要提升集体荣誉感，倡导集体主义。

（3）问题："机械波分为哪几类？"

实验+动画演示：让学生上台和老师一起做实验演示+观看动画课件，观察发现当质元的振动方向和波的传播方向垂直和平行时得到的不同波形，从而引出横波和纵波的概念。学生需了解纵波与横波的区别。并知道机械波可分为横波与纵波两种类型以及波峰和波谷、密部和疏部概念。通过动画演示再次强调在机械波动的过程中，质点只在平衡位置做往复运动。随后引入横波和纵波的组合——地震波，科普地震波的相关知识，让学生对地震有更深一步的认识，从而增强自己的安全意识。

3、引导总结分析：机械振动与机械波的区别与联系

机械振动：研究的是单一质点的振动过程。

机械波：研究的是多个质点的同时振动过程。而多个质点的同时振动不一定能形成机械波。

机械波在传播过程中，质点并不"随波逐流"，传播的不是质点本身，而是质点的运动形式（传播是运动的信息），通过"波动"这种特殊的运动方式把运动的"信息"和"能量"往外传播。（说明波能传播信息）

4、课堂检测：

在基本完成教学任务后，通过几个题目，来检验学生对本节课内容的掌握程度。第一题关于机械振动与机械波的区别。第二题关于机械波的概念问题。第三题关于机械波与机械振动的综合性问题。

I．关于振动和波的下列说法中正确的是（B）

A、有机械振动，一定会产生机械波

B、有机械波，一定有机械振动

C、如果振源停止振动，则由此形成的波也立即停止传播

D、介质中每一个质点开始振动的方向一定和振源开始振动的方向相反

II．关于机械波的概念，下列说法中正确的是（C）

A、质点振动的方向总是垂直于波传播的方向

B、任一振动质点每经过一个周期，沿波的传播方向移动相应的距离

C、某个质点的振动频率等于波源的振动频率

D、横波中质点不随波迁移，纵波中质点随波迁移

III．（多选）如图所示，画出了一列向右传播的简谐横波在某个时刻的波形，由图像可知（AC）

A、质点b此时位移为零

B、质点b此时向－y方向运动

C、质点d的振幅是2cm

D、质点a再经过2/T通过的路程是4cm，偏离平衡位置的位移是4cm

通过三道练习检验，学生基本能掌握波的形成与传播过程中的规律和特点。

5、在超星平台上布置课后任务

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